第一部分 聚糖的结构与生物合成 1
1糖生物学概念 3
1.1糖生物学的研究领域包括与蛋白质和脂质结合糖类的多种功能 3
1.2三类主要的糖缀合物 4
1.3聚糖由相关化学结构的单糖组成 5
1.4单糖之间的糖苷键存在多个种构型 9
1.5糖苷键的形成需要能量和特异酶催化 10
1.6了解聚糖结构与功能间的关系比了解其他大分子困难 13
1.7聚糖结构在基因组内间接编码 14
小结 15
主要参考文献 16
习题 16
2 N-连接糖基化 17
2.1多样化的N-连接聚糖共有一种核心结构 17
2.2 N-连接聚糖组装的三个主要阶段 17
2.3 N-连接聚糖的寡糖前体在脂质多萜醇上组装 18
2.4连接多萜醇的寡糖前体转移到多肽的天冬酰胺残基 21
2.5修饰核心寡糖结构的糖苷酶和糖基转移酶 23
2.6杂化结构和多乳糖胺序列是核心寡糖共同的延伸 25
2.7 ABO血型取决于红细胞聚糖上不同的末端糖链 26
2.8某个单一糖蛋白N-连接聚糖的不均一性 28
2.9结合糖蛋白N-连接聚糖的性质取决于其所得以表达的蛋白质和细胞 29
2.10高甘露糖型结构出现在低等真核生物，但糖基化装置已进化到在高等生物中产生复合聚糖 29
小结 30
主要参考文献 30
习题 31
3 O-连接糖基化 33
3.1黏蛋白是可保水的、巨大和高度O-连接糖基化蛋白质 33
3.2细胞表面有些蛋白质具有黏蛋白样结构域 35
3.3多数可溶性和细胞表面糖蛋白含有小簇的O-连接糖 37
3.4黏蛋白型糖的生物合成是向高尔基体内的蛋白质上顺序添加单糖 37
3.5蛋白聚糖是赋予胞外基质强度的高度O-连接糖基化蛋白质 39
3.6蛋白聚糖生物合成除需要糖基转移酶外还需要几种修饰用酶 42
3.7出现在蛋白质上的异型O-连接糖基化 43
3.8通过添加O-连接N-乙酰葡糖胺修饰胞质和核内蛋白 45
3.9 O-连接N-乙酰葡糖胺是代谢传感器系统的组成部分，对糖尿病有影响 47
小结 48
主要参考文献 49
习题 50
4糖脂和膜蛋白糖基化 51
4.1膜整合蛋白质多为糖基化的蛋白质 51
4.2细胞膜含有糖脂和糖蛋白 53
4.3鞘糖脂生物合成发生在高尔基体内 54
4.4鞘糖脂能在质膜中形成不同的结构域 55
4.5糖脂分解缺陷引发疾病 56
4.6有些蛋白质经糖脂锚与细胞膜结合 59
4.7蛋白质在内质网内添加糖脂锚 60
4.8糖脂锚连接的蛋白质定位于质膜 61
4.9糖脂锚失常引发阵发性夜间血红蛋白尿症 65
小结 66
主要参考文献 66
习题 67
5糖基化反应中的酶学和细胞生物学 68
5.1用生化方法只分离出几种数量充足的真核细胞糖基转移酶 68
5.2克隆新糖基转移酶需用分子生物学新方法 70
5.3结构上多样化糖基转移酶的共同特征 72
5.4基因组学用于界定糖基转移酶全部谱系 73
5.5供体底物与糖基转移酶的接触需要特殊的转运体 74
5.6聚糖生物合成途径的时空组织需要复合的细胞装置 76
5.7突变细胞系可作为研究糖基化并阐明N-连接糖基化重要性的工具 79
5.8敲除小鼠为糖基化在哺乳动物生物学中所起作用提供了大量证据 80
小结 82
主要参考文献 82
习题 83
6糖组学和聚糖结构分析 85
6.1核磁共振法提供寡糖可靠的结构信息 85
6.2糖苷酶用于分析聚糖结构 86
6.3质谱法特别适用于分析含少量聚糖的复合混合物 89
6.4用糖组学阐明出现在细胞和组织中的聚糖，并用以研究结合聚糖的受体 91
6.5糖组和基因组分析为哺乳动物糖组的整体规模提供了说明 92
6.6系统糖生物学旨在把糖基因表达与糖基化表型联系起来 92
6.7用聚糖阵列界定聚糖结合蛋白质的靶向配体 92
6.8发展中的糖生物学数据库 94
6.9利用凝集素分析细胞和组织中糖缀合物 95
6.10化学法合成小分子寡糖 96
6.11酶法是寡糖的另一合成方法 97
6.12化学法连接糖和蛋白质或脂质创建新型糖缀合物 99
小结 100
主要参考文献 100
习题 101
7寡糖构象 103
7.1寡糖的三维结构被称为构象 103
7.2单糖的构象数目有限 103
7.3用于描述聚糖构象的扭角 105
7.4糖苷键的可能构象受制于局域位阻和电子相互作用 106
7.5共价结构中己糖间彼此远隔的相互作用影响寡糖构象 110
7.6协同相互作用决定寡糖的总体折叠 111
7.7寡糖构象是动态的 112
7.8由近程和远程相互作用决定多糖构象 113
7.9多糖构象界定细胞壁的性质 113
7.10采用X射线晶体学和核磁共振技术分析少数寡糖构象 116
小结 117
主要参考文献 117
习题 118
第二部分 生物学中的聚糖 121
8糖基化对蛋白质结构和功能的影响 123
8.1研究糖基化影响的各种方法 123
8.2保持细胞黏附分子CD2结构稳定的糖类 125
8.3在锥虫多变表面糖蛋白中寡糖置换α螺旋 127
8.4单糖的结合可能影响蛋白质的动力学 129
8.5糖基化对免疫球蛋白结合补体和受体能力的影响 130
8.6寡糖可能调控蛋白质之间的相互作用 131
8.7覆盖蛋白质表面的寡糖可保护蛋白质不被水解 133
小结 134
主要参考文献 135
习题 135
9细胞黏附和信号传送中的糖识别 137
9.1动物凝集素根据其结构进行分类 137
9.2甘露糖结合蛋白是宿主的一种防御分子，并启动凝集素补体激活途径 138
9.3单糖结合专一性和寡聚体几何形状导致甘露糖结合蛋白识别病原体 140
9.4甘露糖受体有助于巨噬细胞内化病原体 144
9.5选凝素是白细胞的黏附分子 145
9.6通过C-型CRD延伸结合位点，选凝素对专一性糖配体的相互作用 148
9.7 C-型凝集素参加抗原提呈过程 151
9.8 DC-SIGN增强HIV感染T淋巴细胞 153
9.9 1-型凝集素由免疫球蛋白样结构域组成 156
9.10涎免凝素是免疫系统细胞黏附和信号传送的受体 157
9.11胞外半乳凝素具有细胞黏附和细胞信号传送功能 160
9.12半乳凝素调控T淋巴细胞的激活并通过触发和抑制细胞凋亡控制细胞存活 162
小结 165
主要参考文献 165
习题 167
10糖蛋白在细胞和生物体中的运行 169
10.1凝集素在分泌途径中具有重要作用 169
10.2钙连蛋白和钙网蛋白有助于内质网内糖蛋白的折叠 170
10.3凝集素参与错折叠糖蛋白的降解 171
10.4 L-型凝集素从内质网输送糖蛋白到高尔基体 174
10.5甘露糖6-磷酸残基使溶酶体酶导向溶酶体 175
10.6两类甘露糖6-磷酸受体参加溶酶体酶的靶向 177
10.7无唾液酸糖蛋白受体清除改变的血清糖蛋白至肝脏 179
10.8甘露糖受体可从循环系统清除天然的糖蛋白 184
10.9甘露糖受体调控硫酸化激素的活性 184
10.10有些胞内凝集素在细胞核内起作用 188
小结 189
主要参考文献 189
习题 191
11植物、细菌和病毒糖生物学 193
11.1植物和微生物聚糖具有哺乳动物所没有的作用 193
11.2有些细菌具有与哺乳动物糖基化机构有关的蛋白质糖基化途径 194
11.3植物利用寡糖作为信号传送分子 195
11.4有些植物凝集素成为生物学家有力的工具 197
11.5毒素植物凝集素 199
11.6多数细菌毒素是凝集素 201
11.7细菌利用凝集素与宿主细胞表面结合 203
11.8病毒利用凝集素靶向细胞表面 206
11.9进化早期出现的凝集素在高等生物中具有多种功能 210
小结 212
主要参考文献 213
习题 214
12糖生物学与发育 216
12.1生化分析证实细胞表面蛋白聚糖如何作为生长因子的辅受体 216
12.2突变小鼠为哺乳动物发育中蛋白聚糖的功能作证 219
12.3果蝇和其他模式生物的研究表明硫酸乙酰肝素蛋白聚糖多方面功能 221
12.4 O-连接岩藻糖基聚糖对脊椎和无脊椎动物发育过程中的胞外信号传送具有非常重要的作用 224
12.5细胞表面糖脂对神经系统发育具有重要作用 226
12.6髓鞘相关糖蛋白对中枢和外周神经系统发育具有重要作用 229
12.7多唾液酸化神经细胞黏着分子阻止发育过程的细胞黏附 232
12.8免疫系统细胞分化过程中糖基化的变化 233
小结 235
主要参考文献 235
习题 237
13糖基化与疾病 238
13.1 N-连接聚糖合成酶突变导致先天性糖基化疾病 238
13.2糖基转移酶异常表达引发血凝缺陷 240
13.3发生在糖尿病患者中的蛋白质化学糖化反应 241
13.4糖抗体可能引发疾病 242
13.5制备治疗多种疾病的糖蛋白药物是对生物技术的挑战 244
13.6修饰异常O-连接聚糖的遗传变化可能引发肌营养不良症 245
13.7糖基化的变化与癌症相关 248
13.8糖基化的变化可能作为检测和治疗癌症的生物标志 252
小结 254
主要参考文献 255
习题 256
14糖生物学发展前景 258
14.1聚糖功能需由生物化学、细胞生物学和遗传学联合界定 258
14.2糖组学和系统糖生物学加深了我们对糖生物学的理解 259
14.3糖基化在不同细胞和蛋白质中专一的特性造成巨大的技术挑战 260
14.4基因组学为糖生物学提供了深刻见解 260
14.5传统的遗传学应结合人类遗传学新方法了解聚糖及其受体 261
14.6了解聚糖的分子功能，需进一步阐明结构与功能之间的关系 262
14.7利用增长的糖生物学知识解决实际问题 263
小结 263
糖生物学名词 265
索引 275